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我校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在量子通信和量子網(wǎng)絡(luò)的研究中取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)李傳鋒、柳必恒研究組與南京郵電大學(xué)盛宇波等人合作，利用高品質(zhì)的超糾纏源，首次實(shí)現(xiàn)了11公里的遠(yuǎn)距離量子糾纏純化，純化效率比此前國(guó)際最好水平提升了6000多倍。該成果2021年1月8日發(fā)表在國(guó)際知名期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。

量子中繼是在噪聲信道中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離量子通信的重要途徑，而量子糾纏純化是量子中繼中的關(guān)鍵操作，利用量子糾纏純化操作可以從兩份糾纏度較低的糾纏態(tài)中提煉出一份糾纏度較高的糾纏態(tài)。此前的糾纏純化協(xié)議都是利用兩對(duì)低糾纏度的光子對(duì)實(shí)現(xiàn)，而研究組與合作者提出僅需一對(duì)超糾纏光子對(duì)的糾纏純化方案。

他們實(shí)驗(yàn)上制備出偏振和路徑分別處于糾纏態(tài)的超糾纏光子對(duì)，并在11公里長(zhǎng)的多芯光纖里進(jìn)行糾纏分發(fā)，然后進(jìn)行量子糾纏純化操作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，分發(fā)后的偏振糾纏和路徑糾纏初始保真度均為約0.665時(shí)，純化得到的糾纏態(tài)的保真度可以提升到0.774，而初始保真度均為約0.771時(shí)，純化后的保真度則可提升到0.887。他們還首次將糾纏純化用于量子密鑰分發(fā)，純化前糾纏態(tài)的糾纏度太低，產(chǎn)生的有效密鑰率為0，而經(jīng)過(guò)純化后，有效密鑰率則提升到0.371。此外，由于只需要使用一對(duì)超糾纏光子對(duì)，該方案的純化效率（每秒大約輸出400對(duì)）比此前國(guó)際上的最好水平提升了6000多倍。

該成果邁出了糾纏純化從實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)到遠(yuǎn)距離的關(guān)鍵一步，同時(shí)大幅提升了糾纏純化效率，為將來(lái)實(shí)現(xiàn)高效率的量子中繼提供了有力的技術(shù)保障。

論文第一作者為中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室特任副研究員胡曉敏。該研究得到科技部、國(guó)家基金委、中科院、安徽省的支持。

（a）實(shí)驗(yàn)概念圖，（b）實(shí)驗(yàn)原理圖。

文章鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.010503

（中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中科院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院、科研部）